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第七章 水文试验研究
发布时间: 2014-01-09 15:14:25   来源: 本站原创   浏览次数: 1049

第七章 水文试验研究

河南省的水文实验研究工作,主要是新中国成立后逐步开展的。随着水利建设的发展,一般的水文资料已不能满足规划、设计的需要,需研究测验方法采用新理论、新技术,以进一步提高测验精度。扩大测验项目。

省级水文机构中未设立专司试验研究的部门,一般随测验工作统一管理。1954年对水库水文站改为某某水库试验站,实际上并未增加实验项目,1955年开始建立专门的实验站。

河南省的水文实验研究工作主要分为二类,一类是属于单纯性的测验方法、仪器设备的研制、改进。另一类属于综合性的,如研究不同水文分区条件下的降雨迳流关系,平原、山区的迳流特征,水土保持工程对迳流、泥沙变化的影响,以及平原地区的“三水”转化关系等。

40余年来,在采用新技术、改善测验条件、提高测报精度、解决水文计算中存在的问题、建立水文模型及编制水文图集等方面,取得了一定的实验成果,为推进水利及水文工作的发展作出了贡献。

第一节 水文测验的专题实验

解放后开展水文工作,当时还没有统一的水文测验技术规定,1951年治淮委员会颁发了《水文测验办法》,但是内容比较简捷,当工作中发生一些不确定的因素时,就各行其事,如对水文站断面的设置只有一般性的要求,对浮标测流的流速系数、流速仪测流测速历时长短等都没有具体规定,随着工作的深入开展,测验项目的增加,各种技术问题相继出现,因此对新增加的项目或工作中出现的问题,只能通过实地的试验,提出解决问题的途径、方法、标准。以后水利部颁发了全国统一的《水文测验规范》,虽然对大部分测验项目都有了明确的规定范围,但是各地情况不同,条件各异,仍然有许多测验情况需要作一定的试验工作,针对我省的具体测验条件,作了以下方面的试验研究。

一、 雨量站网布设密度试验分析

降水量资料是水资源评价和设计洪水最基础的数据。降水量站网密度,直接影响雨量时空分布的计算精度,怎样确定一个经济合理的最佳站网密度,是我们需要研究的课题。我国过去在雨量站网规划方面,多采用积差锥体法,但缺乏充分的资料可供验证,本次采用抽站法进行分析。

1978年在新乡市石门水文站,地形包括深山、丘陵、平原,集水面积2660km2内设降水量观测站66处,(其中使用自记雨量计11处),平均每站控制面积约40

km2,观测到1982年,共计搜集降雨量资料300次,选择其中20mm以上的17次进行分析研究,采用等雨深线法、泰森多边形法、算术平均法,根据站数、面积、误差等因素拟合出模型公式n=K.Aα.Eβ,根据最小二乘法原理求出待定系数,得出公式

n=1.82.A0.54.E-0.82,其中n为雨量站数,A为集水面积(km2),E为面平均雨量的相对误差(以小数计),对河南省水文站控制面积内降水量站数进行复核,基本上满足了测验与计算上的要求。该研究成果刊于χχχχ年出版的《干旱地区水文站网规划论文选集》中。

二、 降水量器口不同高度对比试验

降水量是水量平衡的基本要素之一。降水量数据影响各种水利计算的准确程度,关系到国民经济建设。目前降水量观测的规定,大都采用器口距地面以上0.7m(标准式)和1.2m(自记式)。随着城乡建设的发展,许多观测场地受周围障碍物的阻挡影响,迫使许多雨量器迁移至房顶,由于条件的变化使新观测的资料与原资料有一定的差别,为了对新观测的资料进行修正,进行了实地比测试验。

自1978年开始分别在遂平、驻马店、搬口、紫罗山、息县、大坡岭、南李店、平桥共10站,开展对比观测,至1989年结束。但观测的时间参差不齐,一般观测时间2~3年,最长的5年,共计81站年的资料,其中地面(坑式)2年,0.7m30年,1.5m2年,1.2m2年,2.8m2年,独杆19年,房顶观测20年(平顶8年,斜顶12年)。以0.7m器口高为标准,对不同高度的雨量器(计)进行降水量的偏差分析与改正系数的分析,最后得出降水量随器口的高度增高而递减,指出对屋顶观测资料不论日、月、年总量偏差较大,资料使用应进行修正。

1989年编写了《降水量对比观测试验》报告一份。

三、 流速仪测流质量评价研究

流速仪测流的精度,受外界诸多条件的影响,如测深、测速垂线的代表性及测点流速的代表性,相应水位的准确性等。

自1967年始布置测站进行了精测法的试验,至1985年收集了52站的精测试验资料进行分析,得出脉动影响随测速历时的增长而渐趋稳定或消失,当历时在100秒,误差在±3%,小于100秒则误差大于±3%,从垂线上看,水面紊流影响小,误差也小,接近河底紊动强度大,误差也大。为此,垂线流速的测点能否精简,主要看流速分布是否规则。对测速垂线的多少主要考虑水面宽与平均水深二个因素,建立数学模型

Nv=Kv(B/d)a

式中:Nv__精测法测深垂线数

Kv__精度指标

B __水面宽(m)

D __平均水深(m)

a __宽深比指数

测深垂线数与河宽、水深及横断面的几何特性有关,现主要考虑水面宽与平均水深两个因数,建立数学模型:

Nd=Kd(B/d)n

式中:Nd__测深垂线数

Kd__精度指标

B__为水面宽(m)

d__平均水深(m)

n__宽深比的指数

至于相应水位的误差系指相应于实测流量的准确水位与计算的水位之差,这个误差反映在H~Q关系上,便会引起流量的误差。

根据以上各种误差分析,定出满足精度的测验条件,或依据现有测验条件评定相应的误差程度。

以上分析于1989年编制了《流速仪测流质量评价估算方法研究》报告。

四、 缆道连续取沙器的试验研究

1972年,在水电部水文局的倡导下,河南省水文总站及九省市自治区组成的技术协作区,共同承担缆道取沙器的试验研究任务。定于1973年在河南省召开经验交流会。1973年7月,河南水文总站成立以基建组为主,由信阳水文分站、息县水文站参加的试验研究班子,赴息县水文站现场开展工作。

缆道采样器结构形式。首先要突破一次只能取一个沙样,实现连续采取多个水样的目标。规范规定一线最多六个测点,测一次输沙率不少于3~5条垂线。设定六个水样箱,不论测多少一点法、二点法、三点法、多点法,都能够一次或几次满足取样需要。如果是以瓶式采样方法为主,需12组开关阀。减少开关阀,是非常关键的一步。经过反复的试验,终于找到用转盘对孔法,一组开关供六孔使用,解决了对孔开关的关键问题。设计的电磁铁,吸程短吸力不足,要一次打开控制孔,难度很大。在转盘外加上齿轮,把一次开关分为四次打开,一个独特的齿轮转盘对孔开关连续取沙器,终于获得成功。

1973年9月,水电部水文局、长江流域规划办公室、黄河水利委员会及山东等九个省市自治区水文部门参加,在河南确山县召开了缆道取沙经验交流会,通过现场鉴定,同意推广应用,当时有四川等省,委托河南加工对孔开关等主要部件。

1975年河南缆道连续取沙器获得全国科学大会奖。

1975年,水利部出版的水文测验手册,推广了河南缆道连续取沙器的经验。

应用后存在的主要问题是:含沙量大时,造成开关失灵的故障。每次取沙后对孔开关需用清水冲洗干净,很麻烦。河南水文总站对上述问题未能继续研究解决,仪器被停用。据悉四川某站至今在改进后继续使用。

五、 桥上测流方法的研究

建立一个水文站,投资比较大的是测流设备,如果利用现有的桥梁作为测流的跨河设备,可以节约投资,解决了许多测流技术上的难题,但是在桥梁上用流速仪测流,受桥墩的阻水影响,桥孔中水流束窄的影响,以及如何合理布设断面垂线等等,均需进行比测,以求得合理的系数。

自1979年开始至1986年,选择在山区性河流的新县水文站、山区过渡至平原的遂平水文站及平原区的元村集和范县水文站进行试验,该4站的桥型都是双管柱(柱直径1.0m,基础直径1.4m),混凝土板梁公路桥,单孔跨度22m,桥长150~400m,实际洪水,水面宽80~150m。

试验的内容包括:1、流量对比测验。2、桥墩影响水流试验。3、桥孔流速分布和水深变化的试验。4、桥位上下水面线的观测。

经过比测和分析:1、比测流量的相关分析,当频率为75%时误差为4.9%,频率为95%时误差为8.1%;系统误差为0.65%,最大误差为13.8%,最小误差为零,相关系数均接近1.0。2、桥测断面横向流速分布,与比测曲线大体近似,但在礅前3m、横向1m处,测线流速变小,水深增大,曲线下凹,垂线流速反常。说明在桥礅附近不宜布设垂线。3、垂线流速分布。不少测线水面流速大于相对水深0.2处流速,在桥墩附近的垂直流速分布,平均值及水深0.6处流速相对偏小。4、桥孔流速的分布。孔中单宽流量接近全孔均值或略有偏大,可以表明孔中单宽流量是有一定代表性的,而桥墩3~5m以内,不适宜布设测深测速垂线。5、桥墩对水流的影响。根据分析得出计算公式:

V天=1.39Vi1.05Di-0.25

式中:V天___不受桥墩影响的天然流速(m/s)

Vi ___实测的不同礅距(Di)的流速(m/s)

Di___为测速垂线离桥墩的距离(m)

6、桥位上下水面线的变化。无明显差异,说明桥孔束水不严重。

故利用管柱板梁公路桥进行测流,只要注意避开桥墩的影响布设测线,测点所测流量系统误差可控在1%~2%以内,频率75%的偶然误差在5%左右。详见1987年河南省水文总站刊印《河南省桥上测流试验》。

六、 薄山水库蒸发试验研究

为了探索大型水库运行的水沙规律,提供可靠的水文依据,1954年冬由淮委组织河南、安徽二省派员去北京官厅水库考察水库的试验研究。1955年河南省选定在薄山水库开展水库水文试验,首先进行的是库面蒸发试验,自制了一个边长为10m左右的等腰三角形木筏,底部用4个大汽油筒绑在木筏上,以增加浮力。木筏上安装二个ГГИ—3000型苏式蒸发器和简易气象观测仪器,测定风速、温度,每日8时和20时观测。1956年汛期开始观测水库垂直梯度水温,在近坝址周围开阔的水面布设6~8条垂线,以水面及0.1、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9的水深测定水温。另外考查水库上游入口处三角洲变化情况,分段采取泥沙样品,进行颗粒分析。

蒸发试验方面,为了对比库面及陆地水面蒸发的关系,在库外坝址以下建立了陆地蒸发场,共设置有3.0m、1.5m不同埋深、不同安装要求的ГГИ—3000型蒸发器(为器口高度不同,皿内颜色不同、埋深不同、器口护网不同等等)及80cm直径暴露式及20cm直径的百叶箱式蒸发器,共10余种进行对比观测,并配合有不同深度的地温,不同高度的风向、风速、气温、气压等气象观测项目,每日观测4次。以上蒸发试验的观测工作,直至1958年改为每日2次(8时、20时)。水库水温及泥沙试验于1957年汛后停止,库面蒸发试验于1975年底停测。大型陆面蒸发场的观测试验,由于经费、人力及试验要求等,也陆续减少和停止。到1966年,仅维持一般蒸发站的观测要求。

试验成果。在开始阶段,每年均有年度试验总结和报告,1958年后停止。文革期间曾做过一次汇总分析。七十年代末总站测验室又曾做过一次汇总分析。

七、 水库动库容试验研究

随着水利建设事业的发展,山丘地区已兴建了各种类型的水库,改变了天然河道的水文规律,要在这些地区选择天然河道情况下的水文站址,条件越来越少,因此选择有代表性的水库作为基本站,继续收集水文资料,势在必行。

水库洪水是研究水文规律的重要内容之一,水库动库容又与入库洪水密切相关,水库动库容的变化规律不仅是验证水库站能否作为基本水文站的因素,同时在水利规划设计调洪演算中,对动库容变量亦十分需要,如能替代水文基本站的作用,则能对基本站的资料起延长作用。

该项工作自1981年开始试验,在全国收集了十个水库资料(其中有河南省的昭平台、鸭河口两座),集水面积142~3270km2,总库容0.0395~12.2亿m3,观测时距除个别站有自记水位计外,大部分为人工观测,一般为0.3~0.5小时一次。

通过实测资料的对比分析,认为均匀流法计算动库容,简单易行,且能保证一定精度,从洪水资料分析,认为水库站资料能满足基本水文站的需要,对入库洪水,动库容变量影响对峡谷型单干河道及湖泊型水库,动库容变量较小。多支流及岸形系数较大的水库影响较大,不可忽视。对有些因素如库型特征对入库洪水的影响。库区水面有下凹影响等问题尚待今后进一步的深入分析。1989年编写了《水库动库容试验研究》报告一份。

八、 压力传感器水文缆道测深仪的研究

压力传感器水文缆道测深仪,于1981年开始研制制作样机,并在漯河、潢川、小浪底、南湾等水文站进行试验。通过现场比测,符合“水文缆道测验试行技术规定”测深要求,且精度较高。

本仪器是利用传感器把水深(水压力)转换成电压信号,通过电压的测量,就能直接精确的直读水深。它与铅鱼测深相比,不仅不需要误差偏角改正,且传感器一接触水面就有显示,在到达河底或任意测点时,信号显示为一稳定值,可以不需在铅鱼上另行安装水面和河底信号装置。

该仪器适用于水深为0~15m,流速不大于4m/s,含沙量不大于40kg/m3,环境温度0~400C,河宽不大于200m的河道。

1984年6月由省水利厅组织有关单位、专家进行技术鉴定。仪器设计原理正确,结构简单,造价低廉,使用方便,从观测资料表明,仪器精度满足水文缆道测深要求,用有线传输进行测深的小型缆道有实用价值。

九、 水体热污染观测研究

任何能量的进入水体也会导致污染。较常遇到的是排热对水体的影响。河南省沙河的白龟山水库,水库多年平均水面面积70km2,常年蓄水量为2.5亿m3左右,库边姚孟火电厂规划装机容量180万千瓦,现已建成4×30万千瓦机组,取用库水作为循环冷却水,目前4台机组排入库内热水为50m3/s,电厂出口水温38.20C~38.90C,通过2km长的排水渠进入水库底部,利用广阔的水库水面进行大气扩散,自然降温。

自1973年7月开始在大堤泄洪闸附近布设水温观测,每5天8时观测1次,1984年4月又在赵庄(在库区南岸距电厂排水口约14km)、电厂进水口、电厂出水口三处增加观测点,采用半导体点温计或深水温度计,除每日8时观测外,每季度进行一次全日逐时垂线5点法(水面、0.2、0.4、0.6水深及水底)水温观测,同时观测岸上气温。1987年对库区的浮游植物、浮游动物及底栖动物的门类及数量取样分类。

1988年对10余年来观测的资料进行分析,主要分析了:1、库区水面水温;2、垂直水温的变化;3、水库水位变差对水温的影响;4、发电量与水库水温的关系。

经分析1987年电厂总排热量12.3×1012千卡,水库月平均水温比同期岸温高4.70C,同时改变了垂直的水温变化,水温超过350C以上的天数不断增加,全年达44天,最高水温为38.90C,达到有害鱼类生存的水温,同时水库中浮游植物中兰藻占比重达50%以上,这说明电厂排放热水对水库的水生物已产生不利影响。

十、 河南省辖淮河、海河流域入河排污口调查与水质评价

河南省辖淮河、海河流域水资源贫乏,为了保护水资源,为水行政主管部门进行水资源的管理与保护提供依据,使地表水水质得以改善,河南省水文水资源局根据淮委、海委和省水利厅的要求和部署,首次开展省辖以上二河的排污口调查与评价的课题研究。

本课题于1990年12月~1992年5月,历时一年零6个月,参加人数88人,对92个市、县的入河排污口进行了全面调查,掌握入河排污口分布状况及数量,对275个主要入河排污口(控制城镇排污量80%以上)进行水质、水量同步监测,掌握入河污废水量和主要污染物数量,采用等标污染负荷法,对入河排污现状进行评价、分析,确定主要入河排污口、主要污染物、主要城镇污染源和主要污染企业与污水量实测的同时,在河段上布设控制断面,对实测结果进行水量平衡分析,确保测验的准确性,水量测验,按水文测验规范进行,样品的采集、水质项目的分析方法、数据处理及质控措施等,均按水利部水质监测规范要求进行。

在完成了实地查勘、水质水量同步监测工作的基础上,对大量监测资料进行了综合分析与评价,提交了《河南省辖淮河、海河流域入河排污口调查与评价》研究成果。本成果于1993年获河南省水利科技进步二等奖。该成果为制定水资源保护规划,进行污染源治理,加强水资源管理与保护提供了科学依据。

十一、沙颍河水系水质动态监测及水资源保护措施的研究

八十年代末期,沙颍河水系连续发生水污染事故,特别是1989年2月舞阳造纸厂污水库垮坝,污废水顺流而下,沿途10几个县市水质遭受污染。使漯河市自来水又黑又臭,近20万人无水饮用,当时正值春节,社会反映十分强烈。

为了防止沙颍河水系再次发生水污染事故,国家环保局、水利部、豫、皖、苏、鲁四省人民政府联合发出(90)环管字第272号文“关于颁发《关于淮河流域防止河道突发性污染事故的决定(试行)》的通知”;水利部下发了水文质字[1990]14号“请承担水质动态监测系统研究任务的函”;省水利厅结合河南省实际情况下发了“关于防止我省沙颍河水系突发性污染事故的实施方案”。河南省水文总站接通知后,从1990年12月至1991年9月开展了沙颍河水系水质动态监测及水资源保护措施的研究,参加人数33人。

1990年12月至翌年3月完成了水质水量同步监测、信息传递、闸坝调度任务,首先进行了实地查勘,在此基础上,根据设站原则,布设了11个动态监测站,颍河的黄桥、周口(一)、槐店;沙河的马湾、周口;贾鲁河的中牟、周口。以上三河汇合后设一周口(二);清异河的许昌、澧河的何口、泉河的李坟。其中周口(二)、槐店、李坟定为一类站,其余8站定为二类站。

监测频率:一般情况下,一类站每月监测6次,为1、6、11、16、21、26日监测;二类站每月监测3次,为1、11、21日监测。采样时间统一为早上8时。当遇特殊情况,如水质明显恶化,或闸坝长期关闭后开闸泄水之前后,随时进行水质监测。

监测项目为水位、流量、PH值、水温、色度、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮共8项。

分析方法:采用《水质分析方法》修订版(1989~1997年)。

水质动态监测期间,除利用沙颍河水系原有周口、许昌化验室外,又在槐店、黄桥、中牟、马湾、沈丘、何口等水文站建立简易化验室,培训技术人员,进行水质、水量同步监测工作。各动态监测站按照有关规定及时测流、采样、进行水质分析,分析后,立即将结果以密码电传至淮河水资源保护局和省水文总站。总站译文后,立即报省水资源管理办公室。淮河水资源保护局及河南省水资源管理办公室根据水质污染情况,及时通知用水地市及环保部门,与当地水利部门协商,对闸坝进行调度,以改善水体污染状况。

四个月中共采样监测189次,测得数据1419个,发布《水质动态监测公报》9期,向省人大、省政府报告1次,向市地政府通报3次。

在动态监测期间,颍河的黄桥、周口、槐店河段,贾鲁河中牟河段多次出现水体严重污染现象,由于进行监测和信息传递及时组织有关部门采取措施,有效地防止了枯水季节水污染事故的发生。

1991年4月至9月,省水文总站对动态监测有关资料进行综合分析,以国家GB3838——88《地面水环境质量标准》为依据进行评价,编写了《沙颍河水系水质动态监测及水资源保护措施的研究》报告。该研究成果于1993年获省水利科技成果三等奖。

十二、 流速仪测流水下信号无线传输系统研究

在水文测验中,流量测验是最重要、最基本的一项工作,流量测验的准确与否,直接关系到防汛调度与决策、水资源规划与评价等工作。

目前,我国大部份水文站测流采用流速仪,传统的流速仪测流水下信号传输靠它和循环索构成的回路、靠音响器来记数,这种方法简单易行,设备也不复杂,在平时使用基本准确。但在发生大洪水的恶劣环境条件下,因接地或接触不良等原因,常造成信号传送不好,严重影响准确测流。以后一些单位对信号的传输做了一些改进,特别是山东省水文局研制的无线传送系统,从根本上解决了流速仪信号传输问题,并得到了广泛的应用。但上述无线传送系统靠人工用收音机收听无线信号,很难与测验数字化结合到一块,因此,我们经分析比较,在1997年1月开始,决定研制一种能与微电脑接口的无线信号传输系统。

流速仪

~ 发射 接受

数据采样

数字编码

检波

数字解码

微机接口

控制

水面 数据 数 据

河底 计算

水下部分 水上部分

首先是采样器采集流速仪信号、水面信号和河底信号,并将采集到的数据通过数据总线传送到编码器对数据进行编码,编码后的数据加上载波,通过无线电波向外发射,水上部分的天线收到发出的无线电波以后,进行检波,滤去杂波,将数据信号送入解码器解码,解码器将还原的信号送入微机进行自动控制和计算流量。

本系统采用了数字编码技术和大规模集成电路,使得整个系统先进、准确、可靠,解决了直读流量的问题。为准确、及时、安全测报大洪水,提供了可靠手段。

经过化行水文站和白沙水文站近一年的使用表明,系统稳定可靠,可以在大范围内推广。

第二节 综合性的迳流试验

一、平原区降雨迳流的研究

1953年在治淮工作中为制定淮北平原的排涝标准,摸清降雨后地表水汇流的情况,研究平原区地表水与地下水之间的转化关系是解决问题的关键,为此1954年在治淮委员会的领导下,河南省治淮总指挥部初步确定在我省的沙颍河水系汾河流域,于1955年6月设立汾河实验站,地址在商水县白寺乡穆庄村,当时有职工33人(其中行政人员4人,技术干部14人,技术工人15人),培训当地观测员12人。下设控制面积200~3510km2不等的水文站19处,其中沈丘(老城)为二等站,王营、星庄、崔庄、王演庄为三等站,其余14处为汛期站,观测项目多数是雨量、水位、流量,少数站有含沙量、气象、地下水等项目,为保证流量资料的准确性,部分站观测水面比降。

为了研究小流域的水量平衡,在清水沟的王演庄断面以上,于1955年8月分别在郭庄、贾庄、大许家、胡林庄、蔡庄、魏三庄、小祝庄、魏木营、扶头寺、胡集、大李庄、边界李,均打了地下水专用观测井,进行降水量及地下水埋深变化观测,降水量汛期观测起迄时间及分段雨量,地下水埋深每日8时观测一次。

在汾河试验站所在地穆庄村,建立气象观测场一处进行地面气象项目观测,每日按7时、14时、19时进行,并对土壤含水量观测,一般降水一日以后每隔5日测一次,每次按地表5cm、10cm,以后每隔20cm测一点,直测至地下水位。除此外还进行人工降雨观测土壤入渗试验,人工降雨面积为2m2,当自然降雨后每隔5天,以人工降雨测入渗一次,以了解自然降雨后土壤入渗变化。

以上各类测站及各项观测至1956年汛后,根据治淮委员会水文测验室的要求,对建站以来的观测资料河南省派钟之纲、於稹二人携带资料赴淮委进行资料分析,主要分析内容为:

1、 不同降雨量对地下水位变化的影响

2、 河道水位变化与地下水位关系的分析

3、 降雨对土壤含水量及蒸发变化的分析

4、 土壤含水量与降雨入渗的关系分析

5、 小流域(清水河)的水量平衡分析

6、 平原区不同集水面积排涝模数研究

对上述资料的分析研究,其中影响因素比较单纯的相关关系有了明确的分析结果,但是对综合性的关系,效果不很理想,如清水河小流域的水量平衡试验,尽管观测了地下水变化及有穆庄的土壤含水量资料,但仍不能模拟迳流出流量,说明观测的资料不足,如缺少蒸发、植物蒸腾的数据、土壤含水量代表性差等。尤其是原计划拟对平原区各级支流汇流建立模拟过程,由于河道迳流受地形、植被、耕作方法、地下水变化等各种因素的严重影响,尤其是小流域采用迳流叠加,未能符合下游实际出流过程,同时汾河的各支流、站点分布也不理想,作为今后长期研究平原区的排涝模数不具有代表性,经淮委测验室研究后,决定撤消专项试验研究项目及小流域实验项目,保留部分水文站,并写出了《汾河实验站实验分析报告》,

二、小面积迳流实验研究

1957年,全省大办水利,平原区疏浚河道建立条田、台田。山区丘陵区大搞水土保持工程,挖鱼鳞坑植树,修水平沟,建水平梯田,修谷坊,闸沟淤田,建水窖、坑塘、小水库等一系列蓄水截流措施,当时提出了以蓄为主,以小型为主、群众自办为主的“三主”治水方针,在这大规模的群众运动中,如何以科学的方法证明这一系列措施的水利水保效应,同时也为了搜集小面积的迳流资料,因而利用这个机会开展了群众性的水文观测工作,各地相继建立了一批小面积迳流观测站,在山丘区的禹县、济源、嵩县、宜阳、唐河及平原区的永城、项城等22个县的16条河流上,设置了面积在几百m2到100多km2的单项治理及综合治理的观测场、站55个,除少部分属国家站网外,大部分属于群众性的水文观测站,个别站自1957年、大部站自1958年汛前开始观测。

9月份省水利厅召开各迳流站负责人会议,交流观测工作经验,汛后对观测资料进行分析。

1959年对观测场站作了调整,增加了观测站点,对单项治理项目或综合治理进行对比观测。

由所在县水利部门进行资料整编及分析,

1960年省水科所刊印了1958、1959年《河南省重点迳流试验站汛期迳流资料》。并附各站的降雨迳流关系数据,洪水迳流过程要素表,汛期逐日降水量表,汛期降水量分段记录表,日平均水位表,日平均流量表,逐日蒸发量表与逐日地下水位表,部份站的土壤含水量及土壤入渗量表。各站的分析资料未进行汇总刊印。

三、山区水土保持对迳流影响的研究

1957年在济源县黄河流域的支流漭河,对山区、丘陵区进行了工程措施、生物措施等综合性的治理,提出了以蓄水为主、小型工程为主、群众自办为主的“三主”治水方针,受到了当时中央主管水利领导同志的肯定,并指使水利部的水科院,应以科学的方法进行总结,用数据说明治理的效果,为此1957年汛期由水科院派员与新乡地区水利局共同领导下,招收一批学员,经短期培训后,进行水文水保观测(汛后停测),当年冬季省水利厅水保处组织技术人员对漭河流域的水保工程情况作了调查,写出了《济源县漭河流域水土保持工程查勘报告》。1958年汛前省水利厅决定在济源县建立长期的山区迳流观测,5月份由省水文总站在省内抽调技术干部11人,行政干部2人,技术工人9人成立“漭河综合试验站”,站址设在济源县县城内,针对迳流观测及水土保持工程措施分别设置各级站网及观测项目,随即开始观测。1958年5月水文机构下放,漭河综合实验站改属济源县水土保持局领导,同年5月水利部及水科院部份职工下放济源县劳动锻炼,其中一些技术干部参加试验站的试验研究工作(1959年4月锻炼结束,人员均回原单位)。1958年5月开始建立各级测站、布置设立雨量站67处(专职水文站7处,委托站10处,群众自行观测站50处),其中重点观测的雨量站为17处。对小面积的迳流区观测站则按《小河观测》要求布设雨量站。在封山育林区的虎岭观测区,根据山区的不同高程,分别在内官亭站的山下、山腰、山顶设立日记及周记雨量计3处,及建立简易气象观测场,主要观测气温、最高最低气温、湿度、气压、地温、水面蒸发、风向风力、云量等,每日7时、13时、19时观测3次,此外采用苏制ГГИ500型土壤蒸发器每日以称重法观测土壤蒸发量一次,对林区的栎树的树冠截留(指降雨量)、树杆迳流、树叶蒸发(称重法)等进行观测。在南姚丘陵区对水窖、梯田的蓄水作用等方面也作了研究。

不同控制面积的迳流站站名表

河名站名控制面积(Km2)观测对象

漭河瑞村650大面积山丘区综合治理

赵礼庄500 ″″

北漭河城关168中面积山区综合治理

南漭河东官桥162 ″″

石河亚桥91小面积浅山丘陵区综合治理

塔七河张村45小面积山区综合治理

荒山河杜村4.04小水库群丘陵区

内官亭沟内官亭0.92封山育林区(栎树)闭度95%

南沟南沟0.27封山育林区(栎树)闭度80%,鱼鳞3600个

小北沟小北沟0.13荒山沟、鱼鳞坑2700个

核桃树沟核桃树沟0.04 ″″

东沟东沟0.03荒山沟未治理

漭河迳流站测站分布图

虎岭试验区迳流站分布图

1958年7月16日漭河流域下了大暴雨,其中瑞村站最大日雨量306.5mm,最大一小时降雨137.4

mm,是建国以来最大的,已建的测流设施少部份能进行测量,大部份被洪水冲坏。故洪水后在济源县水土保持局领导下由漭河试验站抽调主要技术干部及部分水科院下放干部并培训农民技术员41人,分为5个小组对漭河流域的各支流进行水文查勘,包括7月份的大洪水调查。调查了39个洪水断面,其中较可靠的24个断面。

分析计算了各断面的最大洪峰流量及洪峰模数,其中塔七河洪峰模数达42.5

m3/s/km2,小北沟达37.6m3/s/km2,森林支沟洪峰模数一般在10.0~15.0m3/s/km2。并对流域内工程情况也作了调查,写出了《漭河流域查勘报告》报省水文总站。

1959年2月水利部水土保持局在甘肃省天水市召开水保试验研究会议,济源县综合试验站派站长於稹参加会议,交流了水保效益观测的经验。同年5月省水利厅在新乡召开全省迳流站经验交流会,并至济源县参观综合试验的迳流场及虎岭试验区以及部份迳流控制站情况。年底济源县综合试验站对二年来的观测资料进行分析,写出了《济源县综合试验资料分析报告》报送省水利厅有关部门。

1960年3 月新乡地区水利局在济源县开办迳流学习班,主要参加人员为新乡地区各水文站及迳流站主要技术人员,由济源县漭

河综合试验站负责人主讲,时间一个月。

1960年5月水利部水保部门在陕西省绥德县召开水土保持试验研究经验交流会,除交流各站的经验外,参观学习了黄委会绥德水保实验站试验研究工作情况。

1959年以后漭河流域连续干旱,尤其是1960年后降雨更少,山区为进一步蓄水,北漭河上游修建了窟窿山水库及泗坪水库,塔七河上游修建哽口水库。

1960年全国发生自然灾害,机关实行裁减职工,雇用的临工全部清退,在职职工也精简一部份,以致许多试验项目中断,如土壤蒸发、土壤入渗、潜水蒸发、迳流场试验、山区气象,以及一些小面积迳流观测,如杜村、内官亭、亚桥、张村、东官桥等,相继在1961~1963年停测。

1962年 月漭河试验站上收至河南省水文总站直接领导。

1963年3月省水文总站针对漭河试验站的实际情况,由负责迳流研究工作的郑钧植同志及实验站站长於稹赴四川省绵阳市考察长江水利委员会的凯江迳流实验站及铁道部科研院的峨眉迳流实验站的情况,了解了他们的研究方向、目的、要求及试验研究的设置。凯江迳流站情况和漭河试验站情况类似,亦以大区套小区迳流布局,对每一种测验要求都订立测验规定,尤其在山区坡度较陡的迳流观测采用巴竭尔半槽效果较好,我们可以借鉴。(返回后在赵沟修建一处,观测效果亦较好)。至于峨眉迳流站,迳流研究与我们的目的、要求不一致。他们着重研究小河、小沟的最大迳流情况。而不研究年迳流及水量平衡。

经过参观上述试验站,根据漭河试验站的实际情况,对建站以来6年的观测资料进行分析总结,主要分析内容如下:

(一) 建站的目的与任务

(二) 实验区概况

1、 地理概况

2、 气候概况

3、 水保水利工程概况

(三) 测验工作情况

1、 测站分布

2、 观测实验情况

(四) 资料分析

1、 单项因素的降雨迳流关系

2、 综合影响的降雨迳流关系

3、 固体迳流变化

(五) 对迳流观测的几点认识

通过分析得出林区与非林区在年降水量上,前者比后者增加雨量50%以上,以后的暴雨削峰也在60~90%,林区与非林区的枯季迳流相差亦较大,从漭河的总控制站瑞村断面的资料证明,1958年7月~1959年6月底,全年总迳流2

亿m3,其中枯季迳流占1.1亿m3,为年迳流的55%;比其他无工程、生物措施的枯季迳流高,尤其是林区的虎岭大队,未封山育林前,全队有72条干沟,封山育林后,现有64条沟长流水。漭河实验站观测的内官亭沟、森郁密度达90%,枯季迳流比非林区的荒沟大7倍左右。

工程措施与生物措施在暴雨时对泥沙冲刷的削减量上也具有较明显的作用,但核桃树沟的鱼鳞坑在削减泥沙方面效果不是很大,山区的水平梯田在拦截泥沙方面具有显著作用,当梯田溢流时含沙量在5Kg/m3左右,最大不超过10kg/m3。在封山育林区,大暴雨时有少量泥沙下泄外,中、小雨量基本上为清流,泥沙削减量在50~90%。

此外,对其它的一些试验项目,如树冠截留、树干迳流、栎树蒸腾、土壤蒸发、自流泉对地下水位影响等等,作了观测与分析,编写了《漭河综合试验站1958~1963年试验研究工作总结》。省水文总站经派人向水科院及部水文局汇报情况后,认为按原有目的再继续观测已价值不大了,经研究只保留总控制断面,赵礼庄水文站改为常规水文观测,漭河综合试验站于1964年撤销。

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